常识紧固件的常见问题及预防措施

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紧固件出现问题的原因是多方面的，对紧固件产品常见的问题及预防措施的研究，是紧固件制造企业和使用单位面临的重要问题，同时也具有较高的工程用价值。

据统计，在一部轿车上，平均每车用紧固件约为 3500 个，种类大概 500 种。


一颗小小的螺栓几乎微乎其微，但本身作用非常大，根据比较近公布的数据，汽车行业 23% 的维修问题是由紧固件松脱引起的，12% 的新车存在螺纹紧固件松紧度不达标的问题，可见，汽车紧固件对整车品质和可靠性有很重要的影响。







紧固件常见的质量问题及预防措施






在汽车生产和使用过程中，因紧固件失效而导致的问题频次相对较高，螺丝君，通过走访调研国内多家汽车主机厂，对汽车紧固件在装车前、装车时和装车使用后出现的失效模式和发生频次进行统计分析，并根据紧固件失效原因进行了相应分类。紧固件常见问题及发生概率如图1所示。



根据多家汽车主机厂数据统计发现，汽车紧固件常见的失效类型为混料问题、疲劳断裂、热处理问题、表面处理问题、过载断裂等形式。

01

混料问题




混料问题是一种比较低级的问题，对于很多紧固件生产厂家来说，却又是一个很常见，但又难以完全控制的问题。

汽车紧固件因为混料问题，对于客户来说，轻则造成线边缺料、汽车生产线中断，重则导致汽车召回返工；

而对于紧固件厂家来说，需要对客户端和自己库存件进行返工，如有需要，还得加急生产客户急缺的某种紧固件，这样既使厂家形象受损，又需耗费大量的人力和财力。

引起紧固件混料的原因主要有:

●  原材料因为规格相似或者标示错误，导致发错或者用错料。

●  厂家在紧固件生产或委外加工过程中，因为调机或者相邻工序相应半成品未清理干净导致混料。

●  紧固件成品在包装、储存或者外发过程中，因为管理不当造成混料。

针对以上原因，结合工作经验，可以采取以下预防措施:

●  所有的紧固件原材料标识必须清楚明确;规格相近的原材料不能放在相邻的位置;领取原材料时，要严格按照《领料单》对原材料材质及规格的要求，防止领料错误。

●  紧固件制造现场按照工艺流程进行规范划分，原材料存放区、待检区、合格品区、废品区使用不同颜色的料筐并按划分好的区域采取定制管理，定期进行现场5S检查。每个品种、每个批次及每个料筐均需要采用工艺流转卡进行标识和追溯。工艺流转卡内容应包含原材料牌号、炉号、产品称、图号、生产批次号、日期、操作者签字、检验记录、检验员签字等详细信息，以便随时可以进行追溯。产品周转过程中，必须检查料筐是否清理干净，必要时空筐倒置摆放。

●  仓库存储的所有产品，都要采用固定的包装箱及包装袋，包装箱上标有产品的详细信息，如产品称、图号、生产批次号、生产日期、包装日期、包装数量等;每个料架都要进行相应的编号，并导入MES系统中以便管理。

02

疲劳断裂




疲劳断裂是汽车紧固件常出现的质量问题之一，疲劳断裂时紧固件外观没有明显的征兆，大多是在预警且不可预期的情况下发生的，一旦发生将损失严重。

紧固件发生疲劳断裂的位置，一般集中在螺纹与螺杆交汇处、螺栓头下Ｒ角过渡处及螺纹啮合的首颗螺纹处，这些部位是紧固件的危险截面，疲劳源常产生于此。

对发生疲劳断裂的紧固件进行失效分析发现，疲劳断裂的原因往往和紧固件制造缺陷有关，如螺栓头下Ｒ角较小、过渡不平滑有折点、螺纹牙根处不圆滑、螺栓杆部表面缺陷等，除此之外，疲劳断裂原因也与原材料、装配连接不当等因素有关系。

一般情况下，发生疲劳断裂的紧固件宏观断口上没有明显的变形，呈现脆性断口形貌，其典型形貌包括疲劳源区、扩展区和瞬断区。

某35CrMo材质10.9级高强度螺栓，因装配预紧力不够，导致其在使用期间受到一定次数交变载荷作用而发生疲劳断裂，螺栓断口的宏观形貌和疲劳条带如图2所示。



由图2(a)可知，疲劳断口宏观形貌包括疲劳源区、扩展区和瞬断区。

疲劳源区有向外辐的疲劳台阶和放棱线，一般位于疲劳弧线的中心；疲劳扩展区断面较平坦，断口上比较基本的宏观特征是疲劳弧线，疲劳弧线的数量和间距主要与载荷的交变次数及交变应力的振幅有关；瞬断区面积大小取决于载荷的大小、材料的性质及环境介质等因素，瞬断区面积较小，仅占整个断面面积的20%左右，符合低应力高周疲劳断裂特征。

疲劳断裂的主要微观特征是疲劳条带，其位于疲劳裂纹扩展区，如图2(b)所示，该疲劳条带属于韧性疲劳条带，是一系列基本平行且稍微弯曲的条纹，与裂纹扩展方向基本垂直，理论上讲，每一条疲劳条带代表一次应力循环，疲劳条带在数量上与应力循环次数应当相等。

通常情况下，可以采取如下措施预防疲劳断裂:

●  合理选择紧固件材质，避免原材料中存在气孔、夹杂等缺陷，尽量选择晶粒细化的材料，有助于提高疲劳强度。

●  合理设计紧固件结构，尽量减少应力集中，适当加大应力集中处的圆角半径，避免尖角，适当加大危险截面尺寸。

●  改善加工工艺，降低零件表面粗糙度，尽量避免划伤和剐痕等表面缺陷。

●采取诸如滚压强化等表面强化措施，提高紧固件螺纹连接的疲劳强度。

03

热处理问题




紧固件常见的热处理问题如图3所示。



图3 紧固件常见的热处理问题

为了使汽车紧固件满足一定的强度、硬度、塑性、韧性等综合力学性能指标，通常需要对8.8级以上的高强度汽车紧固件进行热处理。原材料、炉内温度、炉内气氛、热处理时间、淬火介质等因素都会对热处理产生影响。

现在绝大部分汽车紧固件的热处理设备都是电子控制网带式连续炉，加热温度、保温时间、冷却时间、加工量等参数都是按一定的工艺要求，进行程序自动控制。随着热处理设备越来越先进，热处理工艺越来越完善，现在大部分热处理常见问题已得到很好解决。

经统计，某主机厂螺纹紧固件的热处理问题，绝大多数是因淬火裂纹引起的产品开裂或失效，淬火裂纹产生的原因复杂多样，以下通过几个典型的案例，探究几种淬火裂纹产生的原因及预防措施。

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